РД 45.065-99

     
     
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ОТРАСЛИ

ВРЕМЕННЫЕ НОРМЫ НА ЦИФРОВУЮ ПЕРЕДАЧУ ТВ СИГНАЛОВ
СТАНДАРТНОГО КАЧЕСТВА ПО СПУТНИКОВЫМ КАНАЛАМ

     
     УТВЕРЖДЕНО приказом Гостелекома России от 11.11.99 N 6788

     ВВЕДЕНИЕ

     
     Достижения последних лет в области цифровой обработки и сжатия сигналов изображения, а также звука, позволяют обеспечить качество принимаемых сигналов, сравнимое или лучшее, чем то, которое обеспечивается у аналоговых систем при одновременном повышении пропускной способности спутниковых стволов в несколько раз. Закладываются основы для создания многоцелевых интерактивных систем массового информационного обслуживания.
     
     Настоящее время является началом "переходного периода" в ТВ вещании  - от аналогового к цифровому. "Переходный период" во всех странах начинается с момента выдачи первой лицензии на цифровое ТВ вещание и заканчивается в момент прекращения аналогового ТВ вещания. Продолжительность "периода" и характер перехода от полностью аналогового к полностью цифровому ТВ вещанию определяется исключительно национальными (федеральными) Администрациями связи, несущими ответственность за развитие и совершенствование ТВ вещательной сети, а также за эксплуатацию средств вещательного телевидения (СВТ).
     
     Курс на эволюцию ТВ вещательной сети (постепенного преобразования без создания параллельных сетей и специальных зон) требует от каждой Администрации связи сохранения преемственности в организации, создании и эксплуатации новых каналов, поддержания среднего качества обслуживания пользователей на прежнем или более высоком уровне, обеспечения условий для преимущественного внедрения новой техники и технологий без ущемления прав и возможностей функционирующих производителей, вещателей и операторов (государственных и частных).
     
     "Временные нормы на цифровую передачу ТВ сигналов стандартного качества по спутниковым каналам" подготавливались с учетом одобренных и существующих нормативных документов международного, регионального и национального уровней с целью сохранения ТВ вещательной сети в едином мировом информационном пространстве и поддержания ее совместимости с другими региональными и национальными вещательными сетями. При разработке документа использовался также отечественный опыт применения цифровой техники в ТВ вещании.
     
     Однако ощущается ряд пробелов в освещении некоторых вопросов цифровой передачи сигналов ТВ программ, в том числе через спутники, не разработаны нормативные документы международного уровня, позволяющие придать данному документу законченный вид. В настоящее время периодически публикуются и докладываются результаты изучений и разработок, формулирующие новые подходы и тенденции в создании средств цифрового ТВ вещания и цифровых технологий. Эта информация, не имеющая статуса стандартов, может оказаться полезной при совершенствовании в дальнейшем "Временных норм на цифровую передачу ТВ сигналов стандартного качества по спутниковым каналам".
           

     1. Назначение и статус документа

     
     1.1. Настоящий документ устанавливает временные нормы на цифровую передачу сигналов ТВ программ стандартного качества (стандартной четкости) по каналам спутниковых систем в действующей ТВ вещательной сети.
     
     1.2. Настоящий документ должен использоваться при проведении линейных и эксплуатационных испытаний каналов передачи цифровых сигналов ТВ программ в целом или его составных частей.
     
     1.3. Настоящий документ должен рассматриваться как отдельное Приложение к "Правилам технической эксплуатации средств вещательного телевидения (ПТЭ-95)" после его утверждения Администрацией связи России.
     
     1.4. Настоящий документ вводится в действие с 1 декабря 1999 года сроком на два года с целью отработки основных его положений и оценки пригодности к отечественным условиям.
     
     1.5. Коррекция "Временных норм на цифровую передачу ТВ сигналов стандартного качества по спутниковым каналам" производится в конце срока их действия по результатам создания и опытной эксплуатации цифровых спутниковых систем ТВ вещания.
     
     Операторам спутникового ТВ вещания предлагается направлять в УРТЧР Госкомсвязи России технические протоколы измерений качественных показателей реализованных систем цифрового спутникового телевидения.
          

     2. Определения, термины и сокращения

     
     В настоящем документе используются следующие определения, термины и сокращения.
     
     Информация - сведения или знания, которые могут представляться в виде, удобном для связи, хранения или обработки (знаки, символы, изображения и звук).
     
     Сигнал - физическое явление, одна или несколько характеристик которого могут изменяться для представления информации (примеры: физическое явление - электромагнитная или акустическая волна, характеристики - электрическое поле, напряжение или акустическое давление).

     Передача - перенос информации из одного пункта в другой (другие) с помощью сигналов.
     
     Канал - средства передачи сигналов в одном направлении между двумя пунктами, несколько каналов могут иметь общий тракт (трассу), в котором каждому каналу выделяется конкретная полоса частот или конкретный интервал времени.
     
     Интерфейс (сопряжение, стык) - граница между двумя системами или между двумя частями одной системы, определяемая заданием соответствующих характеристик с целью обеспечения совместимости по формату, функциям, сигналу и взаимодействию.
     
     Уплотнение, мультиплексирование - обратимый процесс объединения сигналов от нескольких отдельных источников в один составной сигнал для передачи в общем тракте, этот процесс эквивалентен разделению тракта на отдельные каналы для передачи независимых сигналов в одном и том же направлении. Мультиплексор - устройство, реализующее этот процесс.
     
     Разуплотнение, разделение, демультиплексирование - процесс воздействия на составной сигнал для восстановления первоначальных независимых сигналов или групповых сигналов. Демультиплексор - устройство, реализующее этот процесс.
     
     Шум - любое переменное физическое явление, не содержащее информацию, которое может складываться с полезным сигналов* или смешиваться с ним и приводить к ухудшению сигнала.
________________
     * Текст соответствует оригиналу. - Примечание .

     Помеха - любое переменное физическое явление, переносящее нежелательную информацию и вызывающее ухудшение или нарушение приема полезного сигнала.
     
     Кодирование сигналов с компрессией - преобразование информации из одного вида в другой с уменьшением избыточности. Кодер сигнала - устройство, реализующее этот процесс
     

     Декодирование компрессированных сигналов - преобразование информации из одного вида в другой (обратное по отношению к кодированию сигналов) с восстановлением передаваемой информации. Декодер сигнала - устройство, реализующее этот процесс.
     
     Кодек - кодер и декодер, функционирующие в общем канале и выполняющие обратные операции.
     
    Кодирование канала - преобразование информации одного вида с целью повышения ее защищенности от внешних воздействий. Кодер канала - устройство, реализующее этот процесс.
     
     Декодирование канала - преобразование информации одного вида с целью выявления и устранения искажений ее от внешних воздействий. Декодер канала - устройство, реализующее этот процесс.
     
     PDH - plesiochronous digital hierarchy.
     
     (ПЦИ) - плезиохронная цифровая иерархия.
     
     SDH - synchronous digital hierarchy.
     
     (СЦИ) - синхронная цифровая иерархия.
     
     SDTV - standard definition television - телевидение стандартной четкости (с разложением изображения на 625 строк и 50 полей, см. также 4.2).
     
     EPG - electronic programme quide - электронное руководство по программам.
     
     PAL - Phase Alternating Line formal, система вещательного телевидения.
     
     SECAM - SEquential Couleur Avec Memoire (фр.) - система вещательного телевидения.
     
     DVB - цифровое телевизионное вещание (ЦТВ).
     
     DVB-S - название стандарта передачи ЦТВ через спутники.
     
     MPEG-2 - название стандарта обработки телевизионного сигнала по наименованию разработавшей его группы (Moving Picture Expert Croup).
     
     TS - transport stream, транспортный поток; в стандарте MPEG-2 - единый цифровой сигнал с пакетной структурой, объединяющий одни или несколько цифровых потоков с видео и звуковой информацией на основе одной или нескольких независимых временных баз.
     
     GOP - group of pictures, последовательность изображений, параметр кодирования с компрессией по МРЕG-2; состоит из циклически повторяемой группы изображений, компрессированных различными способами (I.P.B-изображения) и характеризуется числом изображений в группе (N) и расстоянием (M) между изображением с внутрикадровой компрессией (I-изображение). и предсказанным изображением (Р-изображение); (В-изображения с двунаправленным предсказанием).
     
     MPSK - Multiple Phase - Shift Keying (ФМ-М) - многократная фазовая манипуляция (вид цифровой модуляции). Например: QPSK - Quadrature Phase - Shift Keying. (ФМ-4) - четырехпозиционная фазовая манипуляция.
          

     3. Организация, классификация и структура каналов

     
     3.1. Каналы цифровой передачи сигналов ТВ программ должны отвечать определенным требованиям к качеству обработки информации и кодирования сигналов с компрессией. Различают каналы со следующими уровнями качества передачи [1]:
     
     (а) каналы подачи - использование канала для передачи визуальной и/или звуковой информации с возможностью дальнейшей обработки выходного сигнала и формирования новых программ (между центрами формирования программ - студиями);
     
     (б) каналы первичного распределения - использование канала для передачи визуальной и/или звуковой информации в один или несколько пунктов назначения с уровнем качества, допускающим повторное кодирование-декодирование сигнала;
     
     (в) каналы вторичного распределения - использование канала для распределения программ визуальной и/или звуковой информации коллективным и индивидуальным пользователям.
     
     3.2. Требования пользователя к качеству обслуживания с использованием каналов [2] разделяют их на:
     
     (1) каналы высокого качества обслуживания (подачи и первичного распределения) и
     
     (2) каналы стандартного качества обслуживания (вторичное распределение).
     
     3.3. В полосах частот используемых бортовых ретрансляторов могут организовываться каналы с любым качеством обслуживания. В пределах полосы частот стандартного радиоканала реализуется передача на каждой несущей либо одной программы, либо нескольких (так называемое многопрограммное (МПТВ) ТВ вещание). В стволе может передаваться несколько несущих.
     
     3.4. Для отдельной ТВ программы организуемые цифровые каналы имеют единую структуру, включающую следующие основные элементы: кодер, мультиплексор (в режиме МПТВ), модулятор, спутниковый радиотракт, демодулятор, демультиплексор (в режиме МПТВ) и декодер, а также аналоговые или цифровые наземные соединительные линии (если кодер расположен в центре формирования программ, а декодер - у пользователя, а не на земных станциях).
     
      3.5. Основные потери качества в цифровом канале вносятся кодером и декодером сигнала за счет применения кодирования с компрессией различной степени, приводящей к разрушению части информации и ее неполному восстановлению после декодирования.
     
     3.6. Другие звенья канала (спутниковый радиотракт и соединительные линии, если они требуются) должны быть прозрачными (практически не вносить ошибок) для передаваемых цифровых сигналов.
     

     3.7. Для всех цифровых сигналов ТВ программ в нормируемом канале не должно быть более одной пары кодер-декодер ТВ сигнала.
     
     3.8. Каналы передачи ТВ программ с качеством подачи, первичного и вторичного распределения должны обеспечивать результирующее качество сигнала на выходе канала в соответствии с требованиями пользователя.
     
     3.9. Допускается объединение сигналов ТВ программ различного качества на одной несущей.
     
     3.10. После разработки в стандарте MPEG-2 нового профиля (4:2:2Р) стало возможным кодировать сигналы ТВ программ любого качества в диапазоне скоростей передачи до 50 Мбит/с. Поэтому в дальнейшем следует в спутниковых каналах использовать технические средства, отвечающие требованиям MPEG-2.
     
     3.11. Современные кодеры и декодеры комплектуются внешними (со стороны источника или получателя сигнала) и внутренними (со стороны канала) аналоговыми и цифровыми интерфейсами. Если внешние интерфейсы (аналоговые и цифровые) в кодерах и декодерах унифицированы, то внутренние (цифровые) интерфейсы различаются по способу формирования и декодирования цифровых сигналов.
     
     Ряд кодеров и декодеров используются в каналах с иерархическими скоростями (различные уровни PDH) и функционируют с цифровыми сигналами в соответствии с [3], а другие применяют неиерархические цифровые сигналы по [4]. Цифровые сигналы последних могут вводиться и передаваться в каналах с иерархическими скоростями передачи (PDH/SDH) за счет применения "адаптеров сетей" [5, 6].
     
     Каналы высокого и стандартного качества обслуживания характеризуются структурой, приведенной на рис.А.
     

Рис.А

     
     Обозначения:
     
     - К+К = кодеры, осуществляющие преобразование сигналов ТВ программ в цифровую форму в соответствии со стандартом MPEG-2;
     
     - Д+Д = декодеры, восстанавливающие исходные сигналы ТВ программ путем декодирования сигналов МРЕG-2;
     
     - (+) и (-) = соответственно, мультиплексор, формирующий пакет ТВ программ в виде транспортного потока МРЕG-2, и демультиплексор, разделяющий транспортный поток MPEG-2 на отдельные ТВ программы;
     
     - ЦСЛ (*) = цифровая соединительная линия, если применяется (*);
     
     - КК и ДК = соответственно, кодер и декодер канала, вводимые с целью защиты передаваемых цифровых сигналов и коррекции возникающих ошибок;
     
     - Мд и Дм = соответственно, модулятор и демодулятор, преобразующие цифровые сигналы в цифровой радиосигнал и обратно в спутниковом радиотракте;
     
     - А =  источники сигналов ТВ программ;
     
     - Б = участок кодирования сигналов источников и формирования транспортного потока пакета ТВ программ;
     
     - В = участок разделения транспортного потока пакета ТВ программ на отдельные программы и их декодирования;
     
     - Г = получатели сигналов ТВ программ (пользователи).
           

     4. Состав ТВ программы и скорости передачи

     
     4.1. В каналах высокого и стандартного качества обслуживания при передаче цифровых компрессированных сигналов ТВ программы должна обеспечиваться доставка пользователю визуальной и звуковой информации, а также данных.
     
     4.2. Настоящий документ относится к передаче изображений стандартной четкости (SDTV), эквивалентной 720 элементам изображения вдоль строки на 576 активных строках (625 строк / 50 полей, формат изображения 4:3) с качеством подачи, первичного и вторичного распределения.
     
     4.3. Требование пользователя формулируют примерно одинаковые показатели к каналам подачи и первичного распределения [2]. В [7] предлагается скорость передачи для каналов подачи 45 Мбит/с, а для каналов первичного распределения - 10-45 Мбит/с. При этом для каналов подачи и первичного распределения рекомендуется использовать спецификацию МРЕG-2 (4.2.2)P-ML (4.2.2 профиль - основной уровень) [8], а для каналов вторичного распределения следует использовать спецификации МРЕG-2 (4.2.0).
     
     4.4. В рамках выделенных скоростей передачи в каналах подачи и первичного распределения передаются: один сигнал от источника изображения ТВ программы, дo 6 сигналов звукового сопровождения [2] и значительный объем данных, который может распределяться для обеспечения постоянных служб (например, Телетекст) и для временного назначения.
     
     Состав ТВ программ и скорости передачи в каналах подачи и первичного распределения должны уточняться для отечественных условий функционирования сети ТВ вещания в следующей редакции настоящего документа на стадии коррекции после завершения опытной эксплуатации спутниковых систем цифрового ТВ.
     
     В настоящее время реализованы кодеры и декодеры для каналов подачи и первичного распределения, работающих с иерархическими скоростями (третий уровень PDH=34 Мбит/с [9]) и неиерархическими скоростями (МРЕG-2=24,23 Мбит/с [10]) и обеспечивающих одинаковые качественные показатели (субъективное качество = 4,5 балла на один кодек, что соответствует ухудшению исходного изображения на 12% по [2]).
     
     4.5. Для каналов вторичного распределения предлагаются скорости передачи в диапазоне 1-10 Мбит/с [7]. В пределах скорости передачи по каналу стандартного качества должны передаваться: один сигнал от источника изображения ТВ программы и 2-4 сигнала звукового сопровождения и данные (скорость передачи которых уточняется на стадии коррекции настоящего документа).
     

     По результатам экспериментов с наземным цифровым ТВ вещанием известно (по многим источникам), что приемлемое качество для каналов вторичного распределения (ухудшение исходного изображения на ~0,7 балла, что соответствует ухудшению на 18% по [2]) достигалось при выборе скоростей передачи в диапазоне 48 Мбит/с.
     
     4.6. При реализации многопрограммного ТВ вещания (MПTB) объединяются в общий поток несколько сигналов ТB программ с качеством вторичного распределения и сигналы электронного руководства по программам (ЕPG), которые обслуживают все программы пакета. В настоящее время для передачи сигналов EPG называют скорости от 0,2 до 1,0 Мбит/с. Содержание и скорость передачи сигнала EPG уточняются.
     
     4.7. Максимальная скорость передачи пакета ТВ программ определяется пропускной способностью спутникового радиотракта, предоставляемой оператором сети.
     
     4.8. На основании приведенных материалов, имеющегося опыта эксплуатации спутниковых линий предлагается на рассматриваемый период действия настоящих норм рекомендовать следующие диапазоны скоростей транспортного потока:
     
     - для каналов подачи - ~34 Мбит/с (PDH) и ~25 Мбит/с (MPEG-2);
     
     - для каналов первичного распределения  - 25-10 Мбит/с (MPEG-2);
     
     - для каналов вторичного распределения - 10-6 (4)* Мбит/с (MPEG-2).
________________
     * Нижняя граница 4 Мбит/с для систем спутникового непосредственного ТВ вещания уточняется.
     
     4.9. На этапе действия данных "Временных норм" возможен выбор скорости для цифровой передачи сигналов ТВ программ, отличной от указанной в 4.8 скорости, при условии сохранения нормы на ухудшение качества изображения относительно исходного в соответствии с требованиями пользователя [2].
     
     4.10. В случае работы на нижней границе скорости первичного распределения и на всех скоростях вторичного распределения не допускается повторное кодирование/декодирование в последующих звеньях тракта.
     
     4.11. Для формирования сигналов изображений с цифровым сжатием и передачи по спутниковым каналам должно использоваться сертифицированное оборудование.
          

     5. Принципы нормирования каналов

     
     5.1. Нормирование канала цифровой передачи ТВ программ должно производиться на основании следующих положений:
     
     - при передаче по каналу высокого качества обслуживания информация на его выходе полностью (или почти полностью) восстанавливается (по отношению к оригиналу), следовательно, к каналу в целом и к его частям могут быть применены традиционные субъективные и объективные стандартные методы и процедуры испытаний, используемые в аналоговом телевидении;
     
     - при передаче по каналу стандартного качества обслуживания информация на его выходе восстанавливается частично, следовательно, канал в целом и его составные части могут оцениваться субъективно, но объективные испытания (методы и процедуры) должны быть новыми (нетрадиционными).
     
     5.2. Нормируется канал, обеспечивающий прохождение сигналов одной ТВ программы от источника до получателя (коллективного или индивидуального). При этом могут устанавливаться нормы на сквозное (до пользователя) прохождение сигналов ТВ программы (объективная и субъективная оценки) или параметры составных частей канала (объективная оценка).
     
     5.3. Рассматриваемые каналы цифровой передачи сигналов ТВ программ со спутниковым участком в общем случае имеют три составные части:
     
     - цифровые соединительные линии (если они применяются) (участки А-Б и В-Г на рис.Б);
     
     - спутниковый участок, состоящий из передающей и приемной ЗС, а также бортового ретранслятора (участок Б-В на рис.Б).
     

Рис.Б Структура канала цифровой передачи сигналов ТВ программ со спутниковым участком

     
     5.4. В разделе 7 представлен проект временных норм на выбор параметров спутникового радиотракта, используемого для цифровой передачи ТВ программ.
     
     5.5. Для нормирования цифровых соединительных линий (ЦСЛ) должны быть разработаны отдельные документы.
          

     6. Временные эксплуатационно-технические нормы ни цифровую передачу      сигналов ТВ программ по спутниковым каналам

     
     6.1. Временные эксплуатационно-технические нормы на цифровую передачу      сигналов ТВ программ по каналам высокого качества обслуживания

     
     6.1.1. Нормы на спутниковый канал цифровой передачи сигналов ТВ программ (изображения и звука) высокого качества обслуживания (канал подачи и первичного распределения со скоростью передачи вблизи верхней границы рекомендованных скоростей), соответствующий участку Б-В на рис.Б, приведены в таблицах 1-6.
     
     6.1.2. Измерения параметров канала цифровой передачи через аналоговые интерфейсы кодека от ЗС до ЗС выполняются традиционными методами в соответствии с Главой 6 ПТЭ-95.
     
     6.1.3. В случае подключения к спутниковому участку аналоговых соединительных линий и осуществлении проверки сквозного тракта по частям, искажения, вносимые составными частями сквозного тракта, должны суммироваться по законам, приведенным в [11, 12].
     
     6.1.4. В таблице 7* приведен список современных зарубежных измерительных приборов, с помощью которых выполняются измерения. Методики измерений содержатся в описаниях названных приборов. Ссылка на схему измерений приведена в скобках. Допускается применение иных приборов с аналогичными характеристиками.
________________
     * Таблица 7 в оригинале отсутствует. - Примечание .  
               
     6.1.5. Нормируются искажения периодических измерительных сигналов (Приложение 3 ПТЭ-95) на выходе аналогового интерфейса композитного ТВ сигнала PAL декодера. Генератор периодических измерительных сигналов подключается ко входу композитного сигнала PAL аналогового интерфейса кодера.
     
      6.1.6. Для кодеров и декодеров с внутренними (со стороны канала) цифровыми интерфейсами для иерархических (PDH=34,368 Мбит/с) и неиерархических (MPEG-2=24,23 Мбит/с) скоростей нормы для каналов изображения совпадают. Различие состоит в нормировании параметров цифровых интерфейсов. Причем, если для PDH 34,368 Мбит/с нормы приведены в [13], то для MPEG-2=24,23 Мбит/с информация пока отсутствует.

     6.1.7. Характеристики канала высокого качества обслуживания содержат минимальный набор качественных показателей, достаточный для эксплуатационных целей.
     
     6.1.8. Описание и параметры кодека для канала высокого качества
     
     В октябре 1996 г. EBU провело совещание по подготовке требований к аппаратуре для цифровизации Сети Евровидения. Рассматривалась аппаратура, созданная в соответствии с [9] и [4] для качества подачи и первичного распределения. Кодеки на 34 Мбит/с использовались с модуляцией 8PSK и результаты их испытаний были официально опубликованы EBU. Однако после одобрения профессионального профиля в стандарте MPEG-2 - (4:2:2)P-ML потребовались сравнительные испытания.

     Потенциальные преимущества стандарта MPEG-2 заключаются в возможности оптимизировать скорости передачи для различных применений (например, около 8 Мбит/с для передачи новостей, около 25 Мбит/с для высококачественной передачи и до 50 Мбит/с для студийного обслуживания). Испытания показали, что такое оборудование может заменить два типа используемой аппаратуры: кодеки 8 Мбит/с и аналоговое оборудование.
     

     Параметры передачи сигналов MPEG-2 (4:2:2)P-ML:
     
     - информационная скорость 24,23 Мбит/с (с кодированием сигнала по Риду-Соломону);
     
     - модуляция QPSK с относительной скоростью сверточного кодирования 7:8;
     
     - в транспондере с полосой частот 72 МГц (Eutelsat II F4) передавались 4 ТВ программы.
     
     Субъективная оценка (в соответствии с [14])
     
     - Кодеки 34 Мбит/с =4,5 балла (один переприем) и 4,0 балла (три переприема) с использованием перезаписи потока 270 Мбит/с в точках переприема.
     
     - Кодеки 24,23 Мбит/с показали аналогичные результаты при использовании записи в формате DI (исходный материал) и применении GOP=12 (N=12, М=2) (IBPBPBPBPBPB) и девяти переприемах.
     
     Объективные измерения (в соответствии с [11], периодические сигналы)
     
     Измерения кодеков MPEG-2 проводились по схеме PAL - кодек - PAL. Параметры GOP при испытаниях (N=12, М=1), структура GOP (IPPPPPPPPPPP). Периодические сигналы генерировались Tektronix TSG 272 PAL TV и анализировались Tektronix VM700.
     
     Измеренные искажения кодека 24,23 Мбит/с оказались в пределах допусков на искажения канала изображения кодека 34 Мбит/с.
     
     Следовательно, нормы приведенные в таблицах 1-6, можно считать приемлемыми для канала высокого качества при его организации с использованием кодеков PDH и МPEG-2.
     
     

Таблица 1. Характеристики цифрового интерфейса (<34) Мбит/с

________________
     * Брак оригинала. - Примечание .

     

Таблица 2. Характеристики цифрового интерфейса 2 Мбит/с (если используется)

     
Таблица 3. Характеристики канала изображения

________________
     * Значение параметра и допуск на него уточняются.
             
     

Таблица 4. Характеристики звукового канала 20 кГц (если используется)

     
     
Таблица 5. Характеристики звукового канала 15 кГц

Таблица 6. Характеристики канала Teletext

     
               
      Примечание. Производители измерительного оборудования:
     
     HP - Hewlett Packard;
     
     RS - Rohde Schwarz;
     
     WG - Wandell Goltermann;
     
     TEK - Tektronix.
     
     

Оценка качества канала изображения  

     
     Таблица 8. Оценка качества канала изображения
     

________________
     * При качестве исходного сигнала 5 баллов.
             
     

Схемы измерений

 Кодер = , Декодер =

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Рис.10

Рис.11

     
 6.2. Временные эксплуатационно-технические нормы на цифровую передачу сигналов ТВ программ по каналам стандартного качества обслуживания

     
     Каналы стандартного качества обслуживания должны характеризоваться объективными параметрами и качеством передачи информации.
     
     Стандарт DVB, недавно внедренный в Европе на основе МРEG-2, ввел ограниченный набор испытуемых параметров [15]. Испытательные процедуры приведены в [16] и разбивают анализ передаваемого транспортного потока (TS) на три категории по важности:
     
     - проверка параметров, необходимых для декодирования;
     
     - проверка параметров, рекомендованных для контроля;
     
     - выборочная проверка других параметров TS.
     
     Испытания высшей категории важности.
     
     Наиболее критическими являются потери синхронизации TS. В случае высокоскоростной передачи в спутниковой системе таблица передаваемых программ (PAT) может содержать 100-200 идентификаторов программ (PID). Но, на практике, такие системы передают несколько транспортных потоков, содержащих 3-10 программ, и каждый из TS использует свою частоту в спутниковом транспондере. В этом случае следует учитывать:
     
     - ошибки PAT (таблицы передаваемых программ);
     
     - ошибки непрерывного счета;
     
     - ошибки РМТ (таблицы путеводителя по программам);
     
     - ошибки PID (идентификатора программ).
     
     Испытания средней категории важности.
     
     К этой категории относятся ошибки декодирования программы. Особенно важно здесь - проверка эталонных часов программы (PCR) и учет ошибок эталонных часов. Другой вид ошибок этой категории - ошибки CAT (таблицы условного доступа).
     
     Испытания низшей категории важности.
     
     К этой категории следует отнести ошибки NIT (таблицы информации сети), искажения PID и ошибки, связанные с перегрузкой/недогрузкой буфера (примерка временных отметок декодирования - DTS и представления - PTS).
     
     Все приведенные элементы TS формируются в рамках программной специфической информации (PSI) и служебной информации (SI) MPEG-2 и DVB соответственно.
     
     В настоящем документе сложно сформулировать нормы для канала стандартного качества обслуживания путем анализа TS MPEG-2, т.к. существует значительное расхождение между требованиями DVB и MPEG-2. Например, в испытательный стандарт DVB были внесены иерархические определения испытуемых параметров и требования к физическим интерфейсам, так что в стандарте DVB они считаются обязательными, тогда как в спецификации MPEG-2 они считаются "желательными" или "рекомендованными" [15]. Декодирование будет успешным, если допуск на временные отметки PCR не будут превышать ±500 нс и для поддержания такой точности важно задать частоту появления PCR в TS (или интервал между появлениями PCR). Стандарт MPEG-2 определяет этот интервал не более, чем 100 мс, а стандарт DVB рекомендует величину 40 мс [17]. Необходима тщательная проверка всех положений, связанных с передачей PSI и SI, путем накопления опыта - теоретического и практического [18].
     
     Инструменты для накопления опыта и статистики имеются. Например, станция для контроля транспортного потока МРЕG-2 SV953 (Symbionics Instruments) [17], позволяющая вести автоматический непрерывный анализ TS MPEG-2. Анализ обеспечивается с помощью набора графических дисплеев, воспроизводящих обработанную информацию на экранах. SV953 подключается к входу демультиплексера после декодера канала (см. рис.А).
     

     Сквозной контроль качества канала производится субъективными методами, в соответствии с [13] или объективными методами по схеме рис.11 с помощью PQA200.
     
     Оценка качества канала изображения
     
     
     Таблица 9. Оценка качества канала изображения
     

________________
     * При качестве исходного сигнала 5 баллов.
          

     7. Временные эксплуатационно-технические нормы на цифровую передачу ТВ программ через спутниковый тракт ЦТВ

     
     7.1. В радиотракте используются методы передачи по стандарту DVB-S [19, 20].
     
     Нормируемый в данном разделе тракт изображен на рис.12. В нормируемый тракт входят: блок физического стыка по видеочастоте и синхронизации; блок инверсии синхросигнала и рассеяния энергии (скремблирования); устройство внешнего кодирования (Рида-Соломона); устройство перемежения; устройство внутреннего (сверточного кодирования); фильтр для формирования спектра по видеочастоте на входе модулятора; модулятор четырехпозиционной фазовой манипуляции ФМ-4 с элементами физического стыка по ПЧ (все указанные блоки относятся к тракту передачи спутникового ЦТВ); блок физического стыка по ПЧ и демодулятор ФМ-4; согласованный фильтр; деперфоратор с декодером Витерби; декодер синхросигнала; устройство устранения перемежения; внешний декодер; устройство удаления сигнала рассеяния энергии и инверсии синхросигнала; блок физического стыка по видеочастоте (все указанные блоки относятся к спутниковому приемнику ЦТВ).
     

Рис.12. Блок схема спутникового тракта передачи и приемника для ЦТВ*

________________
     * Качество рисунка соответствует оригиналу. - Примечание .
     
     
     7.2. В спутниковых каналах передача цифрового сигнала должна быть организована следующим образом:
     
     7.2.1. Должны использоваться ТВ несущие, на которых передается одна или несколько программ ТВ, уплотненных методом временного уплотнения.
     
     7.2.3. При организации каналов ЦТВ в спутниковых стволах следует пользоваться следующими методами и параметрами передачи, рекомендованными стандартами по передаче сигналов цифрового телевизионного вещания DVB (ЦТВ) через спутник [19, 21].
     
     - метод модуляции - четырехфазная ФМ-4;
     
     - методы повышения помехоустойчивости:
     
     - внешнее кодирование Рида-Соломона с коэффициентом увеличения скорости передачи 204/188=1,085106 с перемежением бит на глубину 1:12;
     
     - внутреннее кодирование - сверточное с коэффициентом кодирования 1/2; 2/3; 3/4; 5/6 или 7/8 и с коэффициентом увеличения скорости передачи в линейном тракте равным 1/;
     
     -  - коэффициент увеличения полосы по сравнению с полосой Найквиста, численно равной скорости передачи в стволе в символах , выбирается равным 1,2 и 1,35.
     
     7.2.4. При расчетах пропускных способностей стволов следует пользоваться следующим основным расчетным соотношением:
     
     ;
     
     , где
     
      - полоса, отводимая в спутниковом линейном тракте (радиоканале) для передачи сигналов ЦТВ;
     
     , где  - полоса, занимаемая сообщением, ;
     
      - скорость передачи сигнала ЦТВ от источника (информационная скорость);
     
      - увеличение скорости передачи за счет применения кодирования по Риду-Соломону;
     
     .....* - увеличение скорости передачи за счет применения сверточного кодирования;

      - число фаз сигнала, передаваемого в линейном тракте;
     
      - коэффициент увеличения полосы для без искаженной передачи сигнала.
________________
     * Брак оригинала. - Примечание .
     
     В информационную скорость передачи полезной информации включается скорость передачи кодированного видеосигнала, скорость передачи сигнала звукового сопровождения, пакетный заголовок, синхрослово ограниченного доступа и др. дополнительная информация.
     
     7.3. Модем должен иметь следующие характеристики:
     
     7.3.1. Требуемые максимальные значения отношения энергии одного бита  к спектральной плотности мощности шума  для трактов промежуточной частоты для получения вероятности ошибки 2·10 на входе декодера Рида-Соломона приведены в таблице 7.1.
     
      
     Таблица 7.1. Требуемые  для получения 2·10 на входе декодера Рида-Соломона
     

     
     
     7.3.2. Пороговое отношение энергии одного бита  к спектральной плотности мощности шума  по ПЧ включает запасы на потери порядка 0,8 дБ в модеме и из-за увеличения полосы шума из-за внешнего кода 0,36 дБ (10204/188).
     
     7.3.3. Отношение  должно быть увеличено из-за потерь в высокочастотном тракте на 0,4 дБ.
     
     7.3.4. При расчете энергетики линий должен браться системный запас равный 2 дБ (из-за потерь в фильтре ретранслятора и усилителе на ЛБВ и частично на условия распространения).
     
     Требуемое пороговое отношение  обеспечит получение 2·10 на выходе декодера, работающего по алгоритму, Витерби, и 1·10 на выходе декодера Рида-Соломона; при наличии системного запаса в 2 дБ в условиях ясного неба  будет лучше 1·10 [20].
     
     7.4. В связи с тем, что информационные скорости передачи цифровых сигналов изображения, передаваемых в стандарте МРEG-2, определяются назначением спутникового канала передачи ТB (канал подачи, распределения или вещания ТВ) и могут меняться в широких пределах, рекомендуется связать выбираемые информационные скорости передачи либо с дискретными значениями полосы, предоставляемой на спутниковом ретрансляторе (Табл.7.2 и 7.3), либо со скоростями передачи в цифровых групповых трактах разных иерархий (см. табл.7.3).
     
     
     Таблица 7.2 Максимальные информационные скорости передачи в дискретных полосах (1,35)
          

             
     
     Таблица 7.3. Максимальные информационные скорости передачи в дискретных полосах (1,2)
         

________________
     * Брак оригинала. - Примечание .
     
     
     7.4.1. В таблице 7.2 приведены информационные скорости передачи сигналов ЦТВ, которые можно передать, исходя из отведенной полосы на спутнике для 1,35 и в таблице 7.3 - для 1,2.
     
     Таблица 7.3 линейно пересчитывается из таблицы 7.2 путем умножения полученных в таблице 7.2 информационных скоростей на коэффициент 1,35:1,2=1,125.
     
     7.4.2. В таблице 7.4 приведены отводимые полосы в спутниковом стволе в зависимости от используемой скорости передачи информации (иерархической или используемой на практике).
     
     
     Таблица 7.4. Параметры передачи цифрового ТВ для иерархических и типичных скоростей передачи (1/2*, RS(204,188), ФМ-4)
     

________________
     * Для других коэффициентов сверточного кодирования  параметры ,  и  должны умножаться на коэффициент  - (1/2):  ,   дано в табл.7.5;  , дБ; , дБВт/К.
     
     ** Полоса кратна 22,5 кГц.
     
     
     7.4.3. В таблице 7.5 приведены рассчитанные значения отношений  для различных коэффициентов сверточного кодирования .
     
     
     Таблица 7.5. Значения  для различных
     

     
     
     7.4.4. Фильтр модулятора
     
     Низкочастотный фильтр для формирования спектра по видеочастоте на входе модулятора должен иметь следующую характеристику вида корня квадратного из приподнятого косинуса:
     
      для ;
          
      для ;

      для ,
     
где  - частота Найквиста,

      - коэффициент скругления, 0,35.

     7.4.5. Трафарет спектра сигнала на выходе модулятора, представленный по основной полосе частот, дан на рис.13.
     

Рис.13. Трафарет спектра сигнала на выходе модулятора

     
     
     7.4.6. Трафарет группового времени запаздывания (ГB3) фильтра на входе модулятора приведен на рис.14.
     
     

Рис.14. Трафарет для группового времени запаздывания фильтра на выходе модулятора

     
     
     Координаты точек трафаретов спектра сигнала и ГВЗ, приведенных на рис.13 и 14, даны а таблице 7.6.
     

     
     Таблица 7.6. Координаты точек для рис.13 и 14
     

     
     
     Требования к фильтрам или потерям в стволах ретранслятора, к фазовым шумам гетеродинов, к внеполосным и побочным излучениям и некоторым другим характеристикам спутникового тракта, а также к методикам их измерений, будут даны в ОСТ на линейный тракт для ЦТВ [22].
     
     7.5. Методы измерений спутникового тракта ЦТВ
     
     Методы измерений разработаны с учетом [23], [24].
     
     7.5.1. Измерения по пп.7.3.1-7.3.4.
     
     Измерение энергии одного бита к спектральной плотности мощности шума.
     
     7.5.1.1. Измерения при наличии контрольных точек на входе демодулятора и на выходе декодера Витерби в имеющейся аппаратуре DVB-S
     
     Измерение требуемого максимального значения отношения энергии одного бита к спектральной плотности мощности шума на входе демодулятора  производить анализатором спектра согласно рис.15 следующим образом.
     
     

Рис.15. Схема измерений отношения энергии одного бита к спектральной плотности мощности шума

     
     
     Установить в модеме режим с наименьшей относительной скоростью кодирования.
     
     Если в стволе передается не одна несущая, то следует подать синусоидальные мешающие сигналы (по одному с каждой стороны от несущей ЦТВ) с расстройкой от несущей на ±1,5, где  - символьная скорость передачи ЦТВ с уровнем на 7 дБ более основного каждое (в идеале желательно, чтобы соседние несущие были модулированы сигналами с той же скоростью, что и основная несущая). (Если весь ствол занимает одна несущая, то дополнительные несущие не подаются.)
     
     Увеличивая уровень шума на входе демодулятора, зафиксировать отношение  на входе демодулятора, при котором вероятность ошибки на выходе декодера Витерби составит 2·10.
      
     Повторить измерения для двух-трех коэффициентов сверточного кодирования , предполагаемых к применению в данной сети. Зафиксировать максимальное отношение , при котором вероятность ошибки составляет 2·10.
     
      Отношение энергии на один бит к спектральной плотности мощности шума определяется по следующей формуле:
     
     .
     
где  - измеренное отношение несущая/шум.
     
     При нормальной работе декодера Рида-Соломона, если на выходе декодера Витерби обеспечивается вероятность ошибки 2·10, то на выходе декодера Рида-Соломона обеспечивается вероятность ошибки 1·10 (примерно не семь порядков лучше) при соответствующих  для равных коэффициентов сверточного кодирования.
     
     7.5.1.2. Измерения при отсутствии контрольных точек на входе демодулятора и на выходе декодера Витерби в имеющейся аппаратуре DVB-S
     
     При отсутствии контрольных точек в имеющейся аппаратуре отношение энергии на бит к спектральной плотности мощности шума не измеряется, а проверяется коэффициент ошибок на выходе декодера Витерби по встроенному в аппаратуру измерителю коэффициента ошибок. При обеспечении коэффициента ошибок 2·10-2·10 на входе декодера Рида-Соломона считается, что будет обеспечиваться коэффициент ошибок менее 10-10 на выходе декодера Рида-Соломона.
     
     7.5.2. Измерение качества работы фильтров по п.7.3.2 и 7.3.3 (энергетические потери а тракте модулятора и ВЧ тракте).
     
     Измерение  для получения требуемой вероятности ошибки 2·10 и сравнение полученного измеренного отношения с нормируемым в таблице 7.1 для ПЧ тракта позволяет также оценить выполнение норм на энергетические потери на реализацию модема из-за искажений в фильтрах модулятора (и демодулятора) и из-за увеличения полосы шума из-за внешнего кода.
     
     Соответственно могут быть измерены и энергетические потери в ВЧ тракте, если в тракт измерения коэффициента ошибок будут входить НЧ и ВЧ тракты с полосовыми и высокочастотными фильтрами.
     
     7.5.3. Проверка формы спектра на выходе модулятора
     
     Спектр на выходе модулятора измеряется с помощью анализатора спектра, подключенного к выходу модулятора. Относительная мощность измеряется в полосе от 0 до 3, где  - полоса Найквиста,  и сравнивается с трафаретом, представленным на рис.12.
          

     8. БИБЛИОГРАФИЯ

     
     1. ITU-T Recommendаtion J.1. - Terminology for new services in television and sound programme transmission.
     
     2 ITU-R Recommendation ВТ.1203. - User requirements for generic bit-rate reduction coding of digital TV sygnals (SDTV, EDTV and HDTV) for an end-to-end television system.
     
     3. ITU-T Recommendation G.703. - Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces.
     
     4. ITU-T Recommendation H.222.0. - "Information Technology - Generic coding of Moving Pictures and Associated Audio Information: System" (ISO-IEC 13818-1).
     
     5. ITU-T Recommendation J.131. - Transport of MPEG-2 signals in PDH networks.
     
     6. ITU-T Recommendation J.1321. - Transport of MPEG-2 signals in SDH networks.
     
     7. ITU-T draft new Recommendation J.ovq. - Objective video quality assessment for digital cable television.
     
     8. ITU-T draft new Recommendation J.mpp. - Transmission of component-coded digital television sygnals for contribution and primary distribution applications using MPEG-2 4:2:2P-ML coding.
     
     9. ITU-T Recommendation J.81. - Transmission of component-coded digital television sygnals for contribution - quality applications at the third hierarchical level of ITU-T Recommendation G.703.
     
     10. ITU-T SG9 Doc.D13 (EBU). - Use of MPEG-2 4:2:2P-ML for contribution (1997). Recommendation.
     
     11. ITU-T Recommendation J.61. - Transmission performance of television circuites designed for use in international connections.
     
     12. ITU-T Recommendation J.21. - Performance characteristics of 15 kHz-type sound-programme circuits - Circuits for high quality monophonic and stereophonic transmissions.
     
     13. МСЭ-Т Рекомендация G.823. - Нормирование дрожания и дрейфа фазы в цифровых сетях, основанных на иерархии 2048 кбит/с.
     
     14. ITU-R Recommendation BT.500. - Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures.
     
     15. J.O.Noah. - A rational approach to testing MPEG-2. IEEE Spectrum, 1997, N 34, N 5.
     
     16. ETR 290. - Digital Video Broadcasting (DVB); Measurement guidelines for DVB systems.
     

     17. J.O.Noah. - Applications of picture quality measurements. Broadcast Engineering. March 1998, N 40, N 3.
     
     18. ITU-T Recommendation J.94. - Service information for digital broadcasting in cable television systems.
     
     19. ETS 300 421: "Digital Broadcasting systems for Television. Sound and Data Services; Framing Structure, Channel Coding and Modulation for 11/12 GHz Satellite Services".
     
     20. ETS 300 468: "Digital Broadcasting systems for Television, Sound and Data Services; for Service Information (SI)".
     
      21. INTELSAT Earth Station Standards (IESS). Document IESS-503 (Rev.1). Performance Characteristics for Open Network Digital Television Transmission. Approval date: 17 February 1998.
     
     22. ОСТ 45.163. Линейные спутниковые тракты для передачи сигналов цифрового телевидения. Основные параметры. Методы измерений.
     
     23. INTELSAT Earth Station Standards (IESS). Document IESS-308 (Rev.2). Performance Characteristics for Intermediate Data rate for Digital Carriers. Issue date: 11 December 1988.
     
     24. Типовая программа и методика сертификационных испытаний земных станций для линий спутниковой связи, работающих с ИСЗ на геостационарной орбите в диапазонах частот 6/4 ГГц и 14/11 ГГц. Утверждена УС Госкомсвязи России, 5 ноября 1998 г.



Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ЦНТИ "Информсвязь", 2000